卡箍式快开对接法兰结构分析

史战新，甘 霖

(武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)

0 引言

开快密封结构是压力容器的重要组成部分，一般分为卡箍式、齿啮式和剖分环式。卡箍结构是较常用的一种，广泛用于过滤器、机械对接结构、液压或化工管道连接。在 GB150［1］、ASME 第Ⅷ卷［2］都有相关的规范设计准则，然而规范设计大多依据经验公式，对环状法兰简化成悬臂板梁结构进行强度校核，受力分析也仅仅从力的平衡角度处理边界条件，缺少对应力集中及接触挤压区域的接触应力计算，也没有考虑交变载荷产生的疲劳问题。本文以内压容器卡箍密封对接结构为例，进行有限元应力分析，从接触、应力集中、疲劳失效方面按照弹塑性设计准则进行强度及疲劳校核，为此类结构的设计及强度分析提出建议。

1 卡箍式快开对接法兰结构

内压容器卡箍式对接法兰结构由下法兰、上法兰、卡箍O型密封圈和锁紧机构等4部分组成。上下法兰内径700 mm，设计压力3 MPa，设计温度－18°～+55°，法兰及卡箍均为16 Mn锻件，许用应力为 ［σt］=150 MPa，结构简图如图1所示。

2 中外规范计算比较

2.1 按照GB150－1998附录G7进行校核

O型密封圈邵氏硬度为60(对应杨氏模数E为3.5 MPa)，有效密封直径740 mm，密封圈横截面直径10 mm，压力系数0.25，可求出内压引起的轴向力F=1289598 N，预紧状态下密封圈的轴向力Fa=20057 N。

图1 卡箍式快开对接法兰结构Fig.1 The clamp connections of quick opening set

2.1.1 卡箍校验

由图1中给出的卡箍尺寸，对a-a截面和b-b截面的当量应力进行强度校核。

校验合格。

2.1.2 内压容器下法兰校验

由图1中给出的法兰尺寸，对a-a截面和b-b截面的当量应力进行强度校核。……